1000MW機組高壓旁路系統壓力控制

　　上海外高橋第三發電有限責任公司（外高橋第三發電廠）2*1000MW機組分別于2008年3月26日及6月7日通過168h試運行并進入商業運行。該機組高、低壓旁路系統由德國BoPP和REUTHER公司制造的閥門組、油站及控制系統組成，其中油站由就地PLC控制，旁路閥門組的壓力和噴水量由機組DCS（德國SIEMENS公司制造的T300ODCS）控制。

一、高壓旁路系統

　　高壓旁路系統閥組共有12個閥門分為4組，每組旁路還包括有1個壓力控制閥、1個溫度控制閥及個噴水隔絕閥。每只壓力控制閥的最大通流量為汽輪機調節閥全開功率（VWO）工況下鍋爐主蒸汽流量的25%，其安裝在爐側過熱器出口。同時，壓力控制閥還起到過熱器安全閥作用，因此其具有快速開啟功能，可在0.5s內全部打開。每個壓力控制閥配有3個安全快開電磁閥、1個快開電磁閥、1個比例閥。同時，為了使壓力控制閥具有過熱器安全閥的功能，在其就地控制設備中，每個閥門除了配有位置控制系統（PCS）柜之外，還配有1個MT5356保護柜。

二、高壓旁路壓力起動及運行控制

　　在控制方式上，高壓旁路系統的壓力控制邏輯分為2層：第1層為壓力主控，實現高壓旁路系統的控制及工況切換等功能；第2層為從壓力控制器接收壓力主控信號并進行處理后輸出控制閥門指令。高壓旁路系統控制邏輯見圖1。

　　由于4個高壓旁路閥特性不同（傳遞函數不同）,僅設置1個PID控制器控制4個閥門，無法進行最優調節，甚至可能導致部分閥門產生調節振蕩。對此，在控制邏輯中設置了從壓力控制器對4個閥門進行針對性的調節，其增益設為1，即對壓力主控傳輸信號不進行處理。在整個閉環回路的傳遞函數中增加1個慣性環節，以調節積分時間。

　　(1)Al模式 高壓旁路控制系統Al模式的主要作用：使主蒸汽壓力逐步提高至起動壓力；提高鍋爐受熱面和過熱器集箱的溫度。當鍋爐點火起動時，高壓旁路系統就進人Al模式，高壓旁路系統壓力主控發出O閥位信號，以保證閥門關閉且不進行壓力控制，主蒸汽壓力可以隨意波動。Al模式期間，高壓旁路閥未對壓力進行控制，其開啟曲線為預定曲線（圖2）。

　　(2)A2 模式 高壓旁路控制系統從Al模式進人A2模式有3種狀態：第1種為主蒸汽壓力大于11MPa（可調整，一般為汽輪機允許沖轉的最高壓力）；第2種為鍋爐起動點火后待12min進人A2模式；第3種為主蒸汽壓力達到期望的累積壓力，其與鍋爐起動點火時的壓力有關，為一設定函數，鍋爐冷態起動時超過點火時壓力約0.1MPa，鍋爐熱態起動時超過點火壓力大約1一1.5MPa。A2模式主要將高壓旁路閥控制在小開度并保持不變，使主蒸汽壓力逐漸提高；如果在鍋爐溫、熱態起動時，可使受熱面與過熱器集箱內的蒸汽流量逐步緩慢地增加，受熱面及過熱器集箱溫度也在允許范圍內逐步提高，A2模式期間，高壓旁路閥未對壓力進行控制，其開啟曲線為預定曲線（圖2）。鍋爐冷態與熱態起動的控制方式不同：冷態起動時，高壓旁路閥開至5％且持續1min后進入下一個控制模式（A3模式）；溫態、熱態起動時，高壓旁路閥開度保持5％左右約2min后，其在6min內逐漸開至17％左右，這樣可以保證熱態時蒸汽流量緩慢增加，減少過熱器集箱與受熱面之間的溫差。

　 (3)A3 模式 高壓旁路控制系統從A2模式轉入A3模式有2種：第1種為A2模式起動所需時間（可調整，本系統設定為12min）已經滿足；第2種為汽輪機達到沖轉壓力（在控制系統中應分為與A2模式中相同的汽輪機允許沖轉的最高壓力和經過數字式電液控制系統（DEH）計算得到的沖轉值兩部分，達到兩者中的任何一個值）。A3模式下，調節高壓旁路閥開度，以保證汽輪機沖轉壓力。根據鍋爐起動工況（冷態、熱態以及極熱態等）的壓力設定值與實際壓力值比較取大值后再分別與8.5MPa（最小沖轉壓力）和11.5MPa（最大沖轉壓力）比較取限值后得到最終壓力設定值。為了減小主蒸汽壓力波動以及防止設備因壓力劇變而引起的應力沖擊等，在控制壓力過程中，設置升壓和降壓速率。升壓速率與當前的主蒸汽流量成正比，與鍋爐內所儲存的蒸汽量（由主蒸汽壓力換算得到）成反比。另外，如果汽水分離器壓力上升太快，需將升壓速率乘以一個可調整因子（分離器壓力的函數），并快速減小可調整因子。

　　(4)B 模式 當高壓旁路閥均已關閉后且高壓旁路控制系統接收到DEH發出的所有蒸汽開關量信號（高壓旁路閥全部關閉、實際負荷＞100MW、DEH處于初壓控制方式和負荷控制方式時發出該信號）后，由A3模式進入B模式。此時，高壓旁路控制系統主要完成限壓溢流功能。如果出現主蒸汽壓力迅速或非正常上升，高壓旁路控制系統將開啟高壓旁路閥將壓力控制在機組協調控制系統壓力設定值附近，以保證機組正常運行及設備的安全。

　　(5)C模式 在汽輪機停機、跳閘或者輔機故障減負荷（RB）等狀態時，高壓旁路控制系統轉至C模式。此時，高壓旁路系統壓力設定值為與協調控制系統鍋爐負荷指令對應的蒸汽壓力，并保持該壓力不變，直至汽輪機重新起動或者鍋爐停運。在具有100％大容量的旁路系統中才具有該控制模式。

　　(6)D/E模式 D/E模式為鍋爐停運后的模式。D模式下無法手動減小設定壓力值，E模式下可手動設定壓力值，這2種模式在實際應用中可同時使用。在鍋爐停運后且正常情況下，高壓旁路閥自動關閉并保持壓力，壓力設定值比當前實際壓力略高0.2MPa左右，從而可縮短鍋爐重新點火起動時間。但是，壓力最高不能超過汽輪機最高沖轉壓力（或者給壓力增加一個偏置）。如果因鍋爐蓄熱導致壓力超過其設定值，高壓旁路閥門將自動開啟以維持壓力。如果鍋爐停運后，爐膛壓力高于最大重新起動壓力，高壓旁路控制系統將根據降壓速率進行自動降壓。降壓速率為主蒸汽壓力的函數值，當前主蒸汽壓力值越高，其降壓速率越快。

三、高壓旁路閥快速開啟控制

　　高壓旁路系統安裝于鍋爐85m層過熱器集箱出口，其兼有過熱器安全閥功能。在設計上，主要由壓力控制閥實現安全快速開啟功能，其有2種快速開啟閥門方式：通過DCS控制邏輯快速開啟高壓旁路閥，開啟時間小于等于5s；通過控制臺操作按鈕及就地壓力開關安全快速開啟回路開啟閥門，即當操作按鈕按下或者壓力開關動作時，安全快速開回路開啟高壓旁路閥，開啟時間鎮 小于等于0.5s。另外，當就地發出安全快速開啟閥門指令時，PCS柜同時也會發出快速開啟閥門信號。

　　觸發快速開啟閥門的任一條件為：(l）發生機組快速甩負荷（FCB）或者汽輪機跳閘；(2）主蒸汽壓力大于28.5MPa;(3）當就地發出安全快速開啟閥門指令；(4）高壓旁路控制系統在B或C模式下，主蒸汽壓力與壓力設定值偏差超過1.0MPa(B模式）或2.4MPa（非B模式），且主蒸汽流量大于鍋爐最大蒸汽量的50％。

四、結語

　　對外高橋第三發電廠超超臨界1000MW機組100％高壓旁路系統起動過程的控制可進一步優化，如對固體顆粒侵蝕問題、大容量機組FCB等功能的優化，以進一步提高機組控制水平。